超细固硫灰在泡沫混凝土中的应用研究*

武建芳

（山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800）

超细固硫灰在泡沫混凝土中的应用研究*

武建芳

（山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800）

本研究采用固硫灰原灰、5μm 和10μm 超细固硫灰替代部分水泥制备了容重为400kg/m3的泡沫混凝土，结果表明，添加固硫灰原灰和超细固硫灰，会降低试样实际成型厚度和强度；但添加10μm 超细固硫灰后，对试样实际成型厚度影响相对较小，当添加量达20% 时，强度优于空白试样。添加固硫灰原灰会显著提高试样吸水率，而添加不超过20% 的5μm 超细固硫灰或添加不超过30% 的10μm 超细固硫灰时，可显著降低试样的吸水率。本试验发现，采用10μm 超细固硫灰替代水泥可制备出性能优异的泡沫混凝土，且当其添加量达20% 时，试样的性能最优，且经济性最优。

超细固硫灰；泡沫混凝土；抗压强度；吸水率

固硫灰是指循环流化床锅炉中含硫煤与石灰石等在900℃左右燃烧固硫产生的固体废弃物[1]。因循环流化床炉内燃烧温度低，加之投入石灰石等固硫剂，导致固硫灰的物相和显微结构与煤粉炉粉煤灰差异较大，从而导致二者性能差异较大[2]。随着环保要求日趋严苛，循环流化床发电技术的进步，我国循环流化床锅炉数量和总容量逐年增大，固硫灰的产生量不断增多，亟待规模化利用。

近年来，随着建筑节能越来越受到国家的重视与防火安全政策的实施，节能材料越来越受到欢迎，泡沫混凝土因其优异的性能而备受青睐。

泡沫混凝土因其低导热和强保温隔热能力而主要应用于屋面保温层和地暖绝热层、现浇自隔音内墙和自保温外墙领域中[3]；因其强度可控和压缩性好而应用于构筑物的地面垫层及废弃矿井回填等[4]；此外，泡沫混凝土还可应用于园林景观、生态覆盖等方面[5]，同时还可以直制成制品应用于建筑领域中[6]。

一般地，泡沫混凝土中还掺入粉煤灰、粒化高炉矿渣等工业废渣以节约成本。然而由于与煤粉炉粉煤灰相比，固硫灰具有吸水率大、自硬性和后期膨胀性等缺点，故其在泡沫混凝土的大量直接应用受到一定的限制。而固硫灰经超细处理后，性能得以改善，可用于制备性能优异的混凝土掺合料[7]。

因此，本试验研究超细固硫灰在泡沫混凝土中的应用，以期制备容重、强度、吸水率等性能均适宜且成本低廉的泡沫混凝土。

1 试验部分

1.1 原料

为便于比较所制备的泡沫混凝土性能，本试验采用固硫灰原灰、超细固硫灰、普通硅酸盐水泥、发泡剂和水等为原料制备泡沫混凝土。

其中，固硫灰原灰来源于朔州某电厂循环流化床锅炉燃煤矸石发电产生的固体废弃物，其中位径为31.02μm，主要化学成分为：SiO238.6%，Al2O335.6%，Fe2O34.8%，CaO10.0%，MgO1.8%，SO32.1%，烧失量3.2%；超细固硫灰为上述固硫灰原灰经蒸汽动能磨粉碎制备而成。本试验选取的超细固硫灰有两种，位径分别为9.15μm 和4.38μm，分别代表中位径10μm 及5μm 的超细固硫灰。固硫灰原灰与超细固硫灰的粒度分布情况如图1所示。

普通硅酸盐水泥为朔州市某建材公司生产的P·O42.5水泥，其性能指标如表1所示；发泡剂为市售动物型发泡剂，发泡倍数20倍，1h 泌水量50mL，1h沉降距为65mm。

图1 固硫灰原灰与超细固硫灰的粒度分布图

1.2 试验方法

本试验按表2所示的泡沫混凝土配合比制备料浆，并制作容重为400kg/m3的样品，浇注成100mm×100mm×100mm 的试块，养护至龄期。按照 JC/T266—2011《泡沫混凝土》相应规定测试试块的厚度偏差率、吸水率和抗压强度。

表1 P·O42.5水泥性能指标

表2 试验配比 w t%

2 结果与讨论

本试验分别对各试样的厚度偏差率、抗压强度、吸水率等进行测定，其结果如表3所示。

表3 试样性能检测结果

2.1 超细固硫灰对泡沫混凝土厚度偏差率的影响

对不同试样的厚度偏差率测试数据进行作图分析，结果如图2所示。

厚度偏差率是试样的实际厚度与理论厚度的比值，该值越大，说明试样的实际成型高度越接近理论高度。

从表3和图2可以看出，当分别采用固硫灰原灰、10μm和5μm 超细固硫灰替代部分水泥制备泡沫混凝土时，试样厚度偏差率均比空白试样 S1的要小。添加固硫灰原灰和5μm 超细固硫灰时，随着添加量的增大，厚度偏差率减小；而添加10μm 超细固硫灰时，试样厚度偏差率随添加量的增加先降低后增加。同等添加量时，添加10μm 超细粉煤灰替代水泥的泡沫混凝土的实际成型高度比其它试样的要高，坍落程度相对较低。

图2 不同试样的厚度偏差率

在本试验制备的固硫灰基泡沫混凝土中，当10μm超细粉煤灰添加量达30% 时，试样成型高度相对最高，添加量达20% 时次之。

2.2 超细固硫灰对泡沫混凝土强度的影响

对不同试样的3d 和28d 抗压强度测试数据进行作图分析，结果如图3所示。

从表3和图3可以看出，加入固硫灰原灰后，泡沫混凝土的3d 和28d 抗压强度均比试样 S1低，且随着固硫灰原灰添加量的增大而不断降低。这是因为固硫灰颗粒表面疏松多孔，颗粒形成不规则[2]，需水量大，从而导致泡沫混凝土强度降低，特别是早期强度，随着固硫灰原灰替代量的增大，下降幅度加剧。

图3 不同试样的抗压强度

然而当采用超细固硫灰替代水泥时，所制备的泡沫混凝土抗压强度均比固硫灰原灰替代水泥时的高。采用10μm 超细固硫灰替代水泥时，当其添加量达到20%时，试样的3d 强度比试样 S1的较高，这可能是由于10μm 超细灰的存在，在一定范围内能起到较好的密实填充作用，加之原灰经超细化后，可以加快其火山灰反应，从而对早期强度起到了一定的贡献作用；但随着添加量的进一步增大，试样3d 强度降低，但均高于同等替代量时添加固硫灰原灰或5μm 超细固硫灰的试样；当10μm 超细固硫灰替代水泥量分别达到10%、20%时，试样28d 强度比 S1的更大，但随着添加量的进一步增大，试样强度反而降低。

当采用5μm 超细固硫灰替代水泥时，其3d 强度和28d 强度随添加量的增大而显著降低，这可能是因为固硫灰太细，导致浆体粘度变小，对泡沫的粘滞阻力小，使泡沫上升、相互融合、甚至破裂[8]，从而导致强度下降。

本试验发现，采用固硫灰原灰和5μm 超细固硫灰替代部分水泥制备泡沫混凝土，试样的3d 和28d 强度均有所下降，而采用10μm 超细固硫灰替代部分水泥制备泡沫混凝土，当添加量为20% 时，3d 和28d 强度优于 S1的性能。

2.3 超细固硫灰对泡沫混凝土吸水率的影响

对不同试样的吸水率测试数据进行作图分析，结果如图4所示。

图4 不同试样的吸水率

从图4可以看出，采用固硫灰原灰替代水泥制备泡沫混凝土时，试样吸水率随着添加量的增大显著升高；采用5μm 超细固硫灰时，试样吸水率随着添加量的增大先降低后升高，且当添加量不超过20% 时，试样的吸水率显著降低，当添加量达到30%、40% 时，试样吸水率较 S1的大；采用10μm 超细固硫灰时，当添加量不超过30% 时，试样吸水率比 S1的稍低，但当添加量达到40% 时，试样吸水率有所升高。

通过比较不同粒度固硫灰对泡沫混凝土的影响，可以发现固硫灰原灰的引入会导致泡沫混凝土性能的下降，而其经过超细化改性后，各项性能均有所改善。且当超细固硫灰粒径为10μm、添加量达20% 时，所制备的泡沫混凝土性能最优；加大添加量，会导致泡沫混凝土性能下降。而当固硫灰进一步超细化，粒径达到5μm时，其对泡沫混凝土性能的改善效果较10μm 的差。

因此，通过研究发现，采用10μm 超细固硫灰替代水泥制备泡沫混凝土，当其添加量为10% 时，试样性能最优；同时由于超细固硫灰制备成本及能耗低于水泥，故经济性最优。

3 结论

（1）采用固硫灰原灰、10μm 超细固硫灰和5μm超细固硫灰分别替代水泥制备泡沫混凝土，试样的实际成型厚度较低；相较而言，10μm 超细固硫灰对泡沫混凝土实际成型厚度影响相对较小。

（2）采用固硫灰原灰和5μm 超细固硫灰替代水泥制备的泡沫混凝土3d 和28d 强度均降低，且强度随着添加量的增大而降低；而10μm 超细固硫灰添加量的不同对泡沫混凝土强度的影响也不同，当添加量为20%时，试样的3d 和28d 强度均优于 S1的性能。

（3）不同粒度固硫灰对泡沫混凝土吸水率影响不同，本实验发现添加固硫灰原灰的泡沫混凝土吸水率显著提高；而添加不超过20% 的5μm 超细固硫灰或不超过30% 的10μm 超细固硫灰，可显著降低试样的吸水率。

（4）本试验发现，采用10μm 超细固硫灰替代水泥可制备出性能优异的泡沫混凝土，且当其添加量达20% 时，试样的性能最优，且经济性最优。

[1] 朱文尚，颜碧兰，江丽珍．循环流化床燃煤固硫灰研究利用现状[J]．粉煤灰，2011(3)：25-26,33．

[2] 武建芳，张国良，赵耀芳，等．朔州固硫灰特性研究及应用现状[J]．粉煤灰，2015(4)：23-26．

[3] 李应权．我国泡沫混凝土行业发展现状[J]．混凝土世界，2010(12)：24-28．

[4] 张磊蕾，王武祥．泡沫混凝土的研究进展及应用[J].建筑砌块与砌块建筑，2010(1)：39-43．

[5] 闫振甲．泡沫混凝土发展状况与发展趋势[J]．墙体革新与建筑节能，2011(6)：19-23．

[6] 陈雪梅．固硫灰泡沫混凝土的制备及性能研究[D]．绵阳：西南科技大学[A]，硕士学位论文，2011．

[7] 武建芳，张国良，石龙龙，等．固硫灰复合掺合料的制备及应用研究[J]．非金属矿，2016(6)：38-40．

[8] 王毅，曲艳召，黎春海，等．超细矿物外加剂对泡沫混凝土性能的影响[J]．施工技术，2014,43(24)：101-104．

The application of ultraf i ne desulphurization ash in foam concrete

Wu Jianfang
(Shanxi Pingshuo Coal Gangue Power Generation Co., Ltd., Shuozhou 036800)

The foam concrete with density of400kg/m3was prepared by desulphurization ash,5μm and10μm ultrafine desulfurization ash which was used to replace partial cement respectively. The results show that the actual thickness and compression strength of the samples adding desulphurization ash and ultraf i ne desulfurization ash decline. But the effect of the actual thickness of the samples adding10μm ultraf i ne desulfurization ash is relatively small. And the compression strength is higher than the sample without any kinds of desulphurization ash when the quantity of10μm ultrafine desulfurization ash is up to20%. The water absorption was signif i cantly increased when the addition was desulphurization ash. And the water absorption of the samples with no more than20% of5μm ultraf i ne desulfurization ash or30% of10μm ultrafine desulfurization ash was reduced. It is found that excellent foam concrete could be prepared by adding10μm ultraf i ne desulfurization ash which replaced the cement. The performance and economic eff i ciency were optimum when the amount of10μm ultraf i ne desulfurization ash was up to20%.

ultraf i ne desulphurization ash; foam concrete; compression strength; water absorption

武建芳（1986—），女，山西大同人，硕士，工程师，现从事粉煤灰、煤矸石综合利用工作。

MC2014-04“高掺量高强度粉煤灰水泥的制备”（2014年度山西省煤基重点科技攻关项目）

［通讯地址］山西省朔州市平鲁区安太堡矿工业区内（036800）